Matériel biologique

O método do Hidrograma Unitário (HU), inicialmente proposto por Sherman em 1932, é um dos métodos mais tradicionais e de fácil utilização para transformar a precipitação efetiva em vazões de escoamento superficial direto (BHUYAN et al., 2015; CARVALHO; CHAUDRHY, 2001). Neste método, a precipitação observada e os dados de escoamento correspondentes são utilizados para deduzir o hidrograma unitário por um período específico de chuva (LEE; YEN, 2000).

O HU pode ser definido com um gráfico de tempo de descarga de uma unidade de volume de escoamento superficial direto oriundo de uma precipitação efetiva distribuída uniformemente, com uma intensidade uniforme ao longo de um período determinado (STRAUB; MELCHING; KOCHER, 2000). Sendo assim, Sule e Alabi (2013), afirmam que o HU é uma ferramenta primordial para estudos hidrológicos, pois predizem as descargas de cheias e também determinam a resposta do escoamento superficial direto frente à precipitação.

Vale ressaltar, que este modelo se refere ao hidrograma resultante de uma precipitação unitária (Pu), com intensidade constante no tempo e uniformemente

distribuída sobre a área de drenagem da bacia (AGIRRE; GOÑI; GIMENA, 2005). Como é considerado que a bacia hidrográfica possui um comportamento linear, podem ser aplicados os princípios da proporcionalidade e da superposição sob o modelo. Com a teoria do HU é possível calcular a resposta da bacia a eventos diferentes de precipitação, considerando que a resposta final é uma soma das respostas individuais (COLLISCHONN; DORNELLES, 2013).

Sendo assim, o princípio da proporcionalidade (Figura 5) considera que para uma Pe com uma certa duração (D), o volume de Pe que é igual ao volume de ESD,

é proporcional à intensidade dessa precipitação. Como os hidrogramas de ESD correspondem a Pe’s de mesma duração, e têm o mesmo tempo de base, considera-

princípio da superposição (Figura 6) considera que as vazões de um hidrograma de ESD, as quais são formadas por Pe sucessivas, podem ser obtidas somando as

vazões dos hidrogramas de ESD correspondentes às Pe individuais

(COLLISCHONN; DORNELLES, 2013).

  Figura 5 – Princípio da proporcionalidade na teoria do HU.

Fonte: Nunes (2015).

  Figura 6 – Princípio da superposição na teoria do HU.

De acordo com Mello e Silva (2013), empregando os princípios da proporcionalidade e da superposição, é possível calcular, a partir do HU, os hidrogramas resultantes de eventos complexos, através do cálculo de uma integral de convolução (Equação 1).

t

0

Q(t) = P( ) (t



Onde Q(t) é a vazão do escoamento superficial no intervalo de tempo t em m³ꞏs-1_{; P a precipitação efetiva no intervalo t em mm; e μ(t) a ordenada do HU na}

saída da bacia hidrográfica no tempo t.

Porém, a aplicação da teoria da linearidade adotada pelos HU requer um grande número de parâmetros calibráveis, limitando-se apenas para bacias monitoradas. Dessa maneira, visando suprir a falta de dados, surgiram os Hidrogramas Unitários Sintéticos (HUS), cuja finalidade era ampliar a aplicação teórica do HU para bacias hidrográficas não monitoradas, relacionando a forma do HU com as características fisiográficas da bacia através de equações empíricas (JENA; TIWARI, 2006). Estes modelos também são conhecidos como modelos geomorfológicos.

Em 1938, Snyder desenvolveu o primeiro trabalho científico acerca de HU geomorfológico, com base em dados de bacias monitoradas na região dos Apalaches (Estados Unidos). O modelo desenvolvido é baseado na determinação do tempo entre centro de massa do hietograma de precipitação efetiva e a vazão de pico unitária e na estimativa da vazão de pico e da duração total do escoamento.

Outros métodos de HU sintéticos muito conhecidos na literatura são o Triangular e o Adimensional, desenvolvidos na década de 70 pelo Soil Conservation Service (SCS), atual Natural Resources Conservation Services (NRCS) do United States Department of Agriculture (USDA). Nourani, Singh e Delafrouz (2009), relatam que estes métodos são bastante simplificados e suas relações foram derivadas de um grande número de HU’s obtidos para bacias hidrográficas americanas de diferentes tamanhos e localidades geográficas.

Em 1945, Clark introduziu a ideia do Hidrograma Unitário Instantâneo (HUI), definindo que a resposta da bacia seria independe da duração, se referente a uma

chuva unitária instantânea, conhecida em termos matemáticos como um pulso unitário instantâneo (CHOW, 1964). O método do HUI de Clark baseia-se em duas estapas. A primeira etapa consiste na distribuição da superfície da bacia em subáreas, facilitando o cálculo do volume de água em cada uma dessas áreas, sendo que o total escoado superficialmente ao longo da bacia flui para a mesma saída (exutório) (PAUDEL, 2009; SANCHEZ, 2011). Sendo assim, a bacia hidrográfica é dividida em várias áreas com o mesmo tempo de viagem de água precipitada e essas áreas são delimitadas a partir da observação das curvas de nível da bacia (PORTO; ZAHED FILHO; MARCELLINI, 1999). Estes dados são utilizados para determinar um histograma de tempo de descarga (vazão). O histograma de tempo de descarga é então roteado através de um reservatório linear para dar conta do armazenamento da bacia hidrográfica (PAUDEL; NELSON; SCHARFFERNBERG, 2009), concluindo a segunda etapa do método.

Peters e Easton (1996) desenvolveram um modelo de HUI baseado na técnica de Clark, o qual foi denominado de ModClark, sendo um hidrograma que acomoda dados de precipitação total espacialmente distribuídos (BHATTACHARYA

et al., 2012). O método ModClark é um método diferente do modelo de Clark, pois

considera a discretização espacial da bacia hidrográfica por módulos, onde um grid uniforme é sobreposto na bacia (PAUDEL; NELSON; SCHARFFERNBERG, 2009). A precipitação líquida de cada célula do grid é destinada para o exutório da bacia hidrográfica e encaminhada para um reservatório linear. As saídas do reservatório linear são somadas e os fluxos de base são adicionados para obter um hidrograma de escoamento total (BHATTACHARYA et al., 2012).

Considerando que estes métodos são dependentes de dados observados de chuva-vazão e dada a problemática acerca da disponibilidade dos mesmos, foram desenvolvidas versões geomorfológicas dos HUI. Em 1979, Rodriguez-Iturbe e Valdés introduziram o conceito do Hidrograma Unitário Instantâneo Geomorfológico (HUIGEO), o qual inclui quantitativamente o efeito da geomorfologia da rede de

drenagem na teoria do HUI, criando uma relação direta entre a geomorfologia da bacia e sua resposta hidrológica a partir de mecânica estatística.

Partindo deste pressuposto, o HUIGEO é interpretado como uma função

densidade de probabilidade do tempo gasto por uma gota de chuva até atingir o exutório da bacia, função esta que depende da geomorfologia. A geomorfologia introduzida no HUIGEO é obtida através das características da bacia, como área,

comprimento do curso principal e declividade (RODRIGUEZ-ITURBE; VALDÉS, 1979). Conforme Jain e Sinha (2003), o HUIGEO possui uma boa estimativa da

resposta hidrológica da bacia hidrográfica, proporcionando uma compreensão de sua variabilidade espaço-temporal.

Ghumman et al. (2011) relatam que, devido ao grande desenvolvimento de ferramentas de processamento de dados e imagens de satélite, o HUIGEO passou a

ser muito aplicado para predizer hidrogramas na seção de controle de bacias hidrográficas, pois, segundo Carvalho e Chaudrhy (2001), a metodologia geomorfológica possui grande potencial para ser utilizada em bacias sem monitoramento hidrológico, fato este, evidenciado em bacias de pequeno e médio porte no Brasil.